package basic.sort;

import java.util.Arrays;

/**
 * @author distantstar
 * @version 1.0
 * @date 2021
 * @description basic.sort
 * @since JDK1.8
 */
public class QuickSort {

    // 荷兰旗排序
    /**
     * 将区域划分为三类区域（以arr[r]为基准数）
     *      >  <  =
     * 边界值分别为more = r, less = l - 1
     * @param arr 源数组
     * @param l 左
     * @param r 右
     * @return 返回相等数的边界
     */
    private static int[] dutchFlag(int[] arr, int l, int r) {
        if (l > r) {
            return new int[]{-1, -1};
        }
        if (l == r) {
            return new int[]{l, r};
        }

        // 边界索引
        int less = l - 1; // < 区 右边界
        int more = r; // > 区左边界

        // 索引
        int i = l;

        // 循环交换
        while (i < more) {
            if (arr[i] < arr[r]) {
                swap(arr, i++, ++less);
            } else if (arr[i] > arr[r]) {
                // 这里先--，是因为是因为以r为基准，就要保证r的正确性
                swap(arr, i, --more);
            } else {
                i++;
            }
        }
        // 因为是以r为基准的，所以最后要交换r
        swap(arr, more, r);

        return new int[]{less + 1, more};
    }

    private static int partition(int[] arr, int l, int r) {
        if (l > r) {
            return -1;
        }
        if (l == r) {
            return l;
        }
        int lessEqual = l - 1;
        int index = l;
        while (index < r) {
            if (arr[index] <= arr[r]) {
                swap(arr, index, ++lessEqual);
            }
            index++;
        }
        swap(arr, ++lessEqual, r);
        return lessEqual;
    }

    // 交换函数
    private static void swap(int[] arr, int l, int r) {
        int temp = arr[l];
        arr[l] = arr[r];
        arr[r] = temp;
    }

    private static void quickSort1(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process1(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    // 使用partition过程排序
    private static void process1(int[] arr, int l, int r) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        // l..r partition arr[r] [ <=arr[r] arr[r] >arr[r] ]
        int m = partition(arr, l, r);
        process1(arr, l, m - 1);
        process1(arr, m + 1, r);
    }

    private static void quickSort2(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process2(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    // arr[l...r] 排有序，快排2.0方式
    private static void process2(int[] arr, int l, int r) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        // [ equalArea[0]  ,  equalArea[0]]
        int[] equalArea = dutchFlag(arr, l, r);
        process2(arr, l, equalArea[0] - 1);
        process2(arr, equalArea[1] + 1, r);
    }

    private static void quickSort3(int[] arr) {
        if (arr == null || arr.length < 2) {
            return;
        }
        process3(arr, 0, arr.length - 1);
    }

    // 改进荷兰旗是因为在全有序的情况下，时间复杂度为O(n^2)
    // 而通过取随机位置的方法，可以将复杂度收敛到O(n*logn)
    private static void process3(int[] arr, int l, int r) {
        if (l >= r) {
            return;
        }
        swap(arr, l + (int) (Math.random() * (r - l + 1)), r);
        int[] equalArea = dutchFlag(arr, l, r);
        process3(arr, l, equalArea[0] - 1);
        process3(arr, equalArea[1] + 1, r);
    }

    // 生成随机数组
    private static int[] generateRandomArray(int maxSize, int maxValue) {
        int[] arr = new int[(int) ((maxSize + 1) * Math.random())];
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            arr[i] = (int) ((maxValue + 1) * Math.random()) - (int) (maxValue * Math.random());
        }
        return arr;
    }

    // 拷贝数组
    private static int[] copyArray(int[] arr) {
        if (arr == null) {
            return null;
        }
        int[] res = new int[arr.length];
        System.arraycopy(arr, 0, res, 0, arr.length);
        return res;
    }

    // 判断数组相等
    private static boolean isEqual(int[] arr1, int[] arr2) {
        if ((arr1 == null && arr2 != null) || (arr1 != null && arr2 == null)) {
            return false;
        }
        if (arr1 == null && arr2 == null) {
            return true;
        }
        if (arr1.length != arr2.length) {
            return false;
        }
        for (int i = 0; i < arr1.length; i++) {
            if (arr1[i] != arr2[i]) {
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int testTime = 500000; // 测试次数
        int maxSize = 100; // 数组大小
        int maxValue = 100; // 数组最大值
        boolean succeed = true;
        for (int i = 0; i < testTime; i++) {
            int[] arr1 = generateRandomArray(maxSize, maxValue);
            int[] arr2 = copyArray(arr1);
            int[] arr3 = copyArray(arr1);
            quickSort1(arr1);
            quickSort2(arr2);
            quickSort3(arr3);
            if (!isEqual(arr1, arr2) || !isEqual(arr2, arr3)) {
                succeed = false;
                break;
            }
        }
        System.out.println(succeed ? "Nice!" : "Oops!");
    }
}
